專利名稱：一種石墨烯/α氫氧化鎳納米復合材料的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及ー種石墨烯/ α氫氧化鎳納米復合材料的制備方法，屬于納米材料和電化學能源技術領域。
背景技術：
近年來，Ni (OH)2作為超級電容器電極材料因其價格低廉，電化學氧化還原特性穩(wěn)定等而受到越來越多的關注。Ni (OH)2的電化學電容特性與其粒子的尺寸、形貌以及晶格類型緊密相關。為了提高它的比電容值，人們做出了許多努力，合成了許多具有不同納米結構的Ni (OH)2材料,如納米帶,三維納米花,空心結構以及納米多孔膜等等。然而對具有較大有效比表面積的Ni (OH)2納米粒子則因容易發(fā)生團聚而不易合成。為了緩解團聚出現且提高粒子的分散程度，Vidottim等利用有機分子修飾Ni (OH)2粒子使形成保護層以阻止粒子的相互聚集。但是這樣的外層有機分子無疑會阻礙Ni (OH)2粒子和電極基底之間的電子傳 遞用。石墨烯是碳原子以Sp2雜化體系緊密堆積而成的蜂窩狀ニ維晶格結構碳納米材料，具有良好的電學、力學和熱學性質，是極具潛力的儲能材料。且石墨烯具有超高的電子導電性和極大比表面積，理論值高達2600 m2/g，這使得石墨烯非常適合作為復合材料的基質材料。納米材料間的協(xié)同增效作用使石墨烯基材料具有碳材料良好的功率特性、贗電容材料較高的能量密度和良好的電化學循環(huán)穩(wěn)定性，有望在超級電容器電極材料方面獲得應用。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供ー種石墨烯/ α氫氧化鎳納米復合材料的制備方法。本發(fā)明的石墨烯/ α氫氧化鎳納米復合材料的制備方法，包括以下步驟
O超聲振蕩下，將氧化石墨溶于水中，配制質量濃度為O. 059Γ0. 2%的氧化石墨水溶液，并且調節(jié)pH值到10 ；
2)將質量濃度80%的水合肼溶液倒入到上述氧化石墨水溶液中，水合肼溶液和氧化石墨水溶液的體積比為1:100，在80-100°C回流攪拌5-24h后抽慮、洗滌、干燥，得到石墨烯；
3)將步驟2)得到的石墨烯配制成濃度為5g/L的石墨烯的こ醇溶液，稱為溶液A;同時配制O. 12mol/L的ニ價可溶性鎳和2. 4mol/L尿素的混合水溶液,稱為溶液B ；
4)攪拌下，將溶液A滴入溶液B中，溶液A與溶液B的體積比為6:10，在100°C下回流攪拌3-5小吋，抽濾，洗滌，干燥得到石墨烯/ α氫氧化鎳納米復合材料。上述步驟3)中所說的ニ價可溶性鎳可以為NiCl2、Ni (NO3)或NiS04。與現有的技術方法相比，本發(fā)明操作和設備簡單，易于控制，生產周期短，產量大，且制備出來的材料復合效果好，具有良好的電化學性能，其做為商業(yè)化超級電容器的電極材料具有很大的應用前景。
圖I是實施例I得到的石墨烯/ α氫氧化鎳納米復合材料的SEM圖。圖2是實施例2得到的石墨烯/ α氫氧化鎳納米復合材料的的XRD圖。圖3是實施例3得到的石墨烯/ α氫氧化鎳納米復合材料的在不同掃描速度下的循環(huán)伏安曲線圖。圖4是實施例3得到的石墨烯/ α氫氧化鎳納米復合材料在ΙΟΑ/g電流密度下比電容隨充放電次數變化的曲線。
具體實施例方式實施例I :
1)將O.6g氧化石墨在300ml去離子水中超聲2個小時使其充分分散，然后用NaOH調節(jié)pH值至10 ；
2)將3ml質量濃度80%的水合肼溶液倒入到上述氧化石墨水溶液中，在100°C回流攪拌8h后抽慮、洗滌、干燥，得到石墨烯；
3)稱取300mg上述石墨烯,加入到60mlこ醇中超聲2個小時使其充分分散,得到石墨烯的こ醇溶液，稱為溶液A;同時將0.0012mol NiCl2和O. 24mol尿素溶于IOOml去離子水中，得到混合溶液，稱為溶液B ;
4)攪拌下，將溶液A滴入溶液B中，在100°C下回流攪拌3小時，抽濾，洗滌，干燥得到石墨烯/ α氫氧化鎳納米復合材料，其SEM圖見圖I。按質量比為8:1:1稱取石墨烯/α氫氧化鎳納米復合材料O. 16g，こ炔黑O. 02g，PVDF (粘結劑)0.02g，在N-甲基吡咯烷酮中均勻混合制成漿料。隨后將制得的漿料均勻涂抹在泡沫鎳(I. 5cmXl. 5cm)上，以復合材料電極片為工作電極，鉬片為對電極，飽和甘汞電極作為參比電極，以6mol/L KOH溶液為電解液對其進行電化學性能的測試。結果在掃描電壓范圍為-O. 15V到O. 35V, 2mv/s的掃描速率下測得比電容值1025F/g ;并且在10A/g大電流密度充放電200次后仍能保持90%以上的容量。實施例2
1)將O.15 g氧化石墨在300ml去離子水中超聲2個小時使其充分分散，然后用NaOH調節(jié)PH值至10 ；
2)將3ml質量濃度80%的水合肼溶液倒入到上述氧化石墨水溶液中，在100°C回流攪拌5h后抽慮、洗滌、干燥，得到石墨烯；
3)稱取75mg上述石墨烯,加入到15mlこ醇中超聲2個小時使其充分分散,得到石墨烯的こ醇溶液，稱為溶液A;同時將0.003mOl ■(勵3)2和0.0611101尿素溶于25ml去離子水中，得到混合溶液，稱為溶液B ;
4)攪拌下，將溶液A滴入溶液B中，在100°C下回流攪拌5小時，抽濾，洗滌，干燥得到石墨烯/α氫氧化鎳納米復合材料，其XRD圖見圖2。按質量比為8:1:1稱取石墨烯/α氫氧化鎳納米復合材料O. 16g，こ炔黑O. 02g，PVDF (粘結劑)0.02g，在N-甲基吡咯烷酮中均勻混合制成漿料。隨后將制得的漿料均勻涂抹在泡沫鎳(I. 5cmXl. 5cm)上，以復合材料電極片為工作電極，鉬片為對電極，飽和甘汞電極作為參比電極，以6mol/L KOH溶液為電解液對其進行電化學性能的測試。結果在掃描電壓范圍為-O. 15V到O. 35V, 2mv/s的掃描速率下測得比電容值1040F/g ;并且在10A/g大電流密度充放電200次后仍能保持90%以上的容量。實施例3:
1)將O.3 g氧化石墨在300ml去離子水中超聲2個小時使其充分分散，然后用NaOH調節(jié)PH值至10 ；
2)將3ml質量濃度80%的水合肼溶液倒入到上述氧化石墨水溶液中，在100°C回流攪拌24h后抽慮、洗滌、干燥，得到石墨烯；
3)稱取150mg上述石墨烯,加入到30mlこ醇中超聲2個小時使其充分分散,得到石墨烯的こ醇溶液，稱為溶液A ;同時將0.006mol NiSO4和O. 12mol尿素溶于50ml去離子水中， 得到混合溶液，稱為溶液B;
4)攪拌下，將溶液A滴入溶液B中，在100°C下回流攪拌4小吋，抽濾，洗滌，干燥得到石墨烯/α氫氧化鎳納米復合材料。按質量比為8:1:1稱取石墨烯/α氫氧化鎳納米復合材料O. 16g，こ炔黑O. 02g，PVDF (粘結劑)0.02g，在N-甲基吡咯烷酮中均勻混合制成漿料。隨后將制得的漿料均勻涂抹在泡沫鎳(I. 5cmXl. 5cm)上，以復合材料電極片為工作電極，鉬片為對電極，飽和甘汞電極作為參比電極，以6mol/L KOH溶液為電解液對其進行電化學性能的測試。結果在掃描電壓范圍為-O. 15V到O. 35V, 2mv/s的掃描速率下測得比電容值1037F/g ;并且在10A/g大電流密度充放電200次后仍能保持90%以上的容量。石墨烯/α氫氧化鎳納米復合材料的在不同掃描速度下的循環(huán)伏安曲線見圖3。在ΙΟΑ/g電流密度下比電容隨充放電次數變化的曲線見圖4。
權利要求
1.ー種石墨烯/α氫氧化鎳納米復合材料的制備方法，其特征是包括以下步驟 O超聲振蕩下，將氧化石墨溶于水中，配制質量濃度為O. 059Γ0. 2%的氧化石墨水溶液，并且調節(jié)pH值到10 ； .2)將質量濃度80%的水合肼溶液倒入到上述氧化石墨水溶液中，水合肼溶液和氧化石墨水溶液的體積比為1:100，在80-100°C回流攪拌5-24h后抽慮、洗滌、干燥，得到石墨烯； .3)將步驟2)得到的石墨烯配制成濃度為5g/L的石墨烯的こ醇溶液，稱為溶液A;同時配制O. 12mol/L的ニ價可溶性鎳和2. 4mol/L尿素的混合水溶液,稱為溶液B ； .4)攪拌下，將溶液A滴入溶液B中，溶液A與溶液B的體積比為6:10，在100°C下回流攪拌3-5小吋，抽濾，洗滌，干燥得到石墨烯/ α氫氧化鎳納米復合材料。
2.按權利要求I所述石墨烯/α氫氧化鎳納米復合材料的制備方法，其特征在于步驟.3)中的ニ價可溶性鎳為NiCl2、Ni (NO3)2或NiS04。
全文摘要
本發(fā)明涉及石墨烯/α氫氧化鎳納米復合材料的制備方法，步驟包括制備氧化石墨水溶液；用水合肼進行化學還原，得到石墨烯；將還原得到的石墨烯、二價可溶性鎳和尿素在水和乙醇溶劑中攪拌回流，再抽濾，洗滌，干燥得到石墨烯/α氫氧化鎳納米復合材料。本發(fā)明制備工藝簡單，生產效率高，周期短，制得的石墨烯/α氫氧化鎳納米復合材料電化學性能優(yōu)異。
文檔編號H01G9/042GK102683040SQ20121015152
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月16日 優(yōu)先權日2012年5月16日
發(fā)明者張偉豐, 張孝彬, 張立, 馬平 申請人:浙江大學